JPS5815079A - ジルコニア質焼結体からなる粉砕機用部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、粉砕機用部材ＫＷＩＩＩ、、更に詳しくは、
乾式又は温式で粒子を微粉砕する粉砕機において便踊寥
れる内張材、メディア等のｆＩｋ鈴機層優＃に閤す番。

現在、微粉砕機としては、ボールミル、量ンド電ル、ア
トライター、振動ミル、へンマーミル。

ジェットミル、ロッドミル、ローラミル、乳鉢と乳棒と
の組会せ等の各種のものが広く使用されている。ξれ等
の粉砕機は、ボール、ロール等の粉砕媒体（メディア）
を使用して主として摩擦、及び衡撃圧壊力により粉砕を
行なう装置、及び粒子を高速運動させて、その衝撃及び
圧壊力により粉砕を行なう装置に大別され番、従来これ
等の粉砕機の内張材、メディア等の摩耗しゃす娠１部材
には、粉砕すべ含対象物の種類に応じて、天然石、磁器
、アル電す、ガラス、ゴム、プラスチック、スチール、
めのう等が使用されているが、これ等の材料は一蒙に俸
耗し島いので、被砕物中Ｅｌｌ耗齢が員入することが多
（、この観入摩耗粉の分−が−一なる為、工程の簡略化
及び製品純度の点で犬舎な障害となっている。従って、
例えば、スチールを使用する場合には脱鉄工程を附設し
たり、或いは、ｙＡ／ｌすの粉砕を行なうに際してアル
電す製部材を使用したり、若干量の摩耗粉の混入が許容
される材料（ゴム、プラスチック等）製の部材を使用す
る等の工夫がなされている。しかしながら、最新の技術
分野、例えば七うミックス、電子材料、コーティング材
料、粉体材料等の各分野に愈いては、微粉砕工程で混入
する被砕物中の微量成分及びその微構造が、被砕物の物
性、品質管理、信頼性等に大な影響を及ぼすことが明ら
かとなった。

本発明奢は、上記の知合現況に艦み、粉砕機において摩
耗され難い部材を得るべく種々研究を重ねた結果％　Ｙ
ｌｏｍを特定量含むジルコニア質焼結体がその要求を満
足させることを見出し、遂に本発明を完威す番にいたっ
たものである。即ち、本発明は、Ｙｌ伽をｔ、ｏ−ｔｉ
噌ル鳴含有するジルコニア質焼結体からなり、該焼結体
の結晶相は正方晶系ジルコニアを１０鴫以上含み、焼結
体の平均結晶粒径が４μｍ以下て且つそのかさ密度がＬ
Ｓ＆’ｃ−以上であることを特徴とするジルコニア質焼
結体からなる粉砕機用部材を提供するものである。

本発明の粉砕機用部材においては、以下に詳述する如舎
諸要件を備えたジルコニア質焼結体の使用を必須とする
。

（１）　ＹｍＯｓの含有量は、ｉ！０−４５４ル鳴とす
る。

Ｙ、Ｏ３の含有量がＬＯ４ｋＡ／鴫を下回る場合には、
単斜晶系Ｚｒ０１が生成しやすくなり、厚内又は大型の
製品では電装が生じ、所望の耐摩耗性等の物性を具備し
た焼結体が得られない、一方、Ｙｌｏｍの含有量が４．
６令ル鳴を上回ると、等軸晶系２，０゜が過剰となり、
靭性の低下に伴って焼結部材自体の摩耗量が大となり且
つ摩耗粉の粉径も粗大となるので、粉砕機部材としては
不適である。

（■）焼結体の結晶相は、正方晶系Ｚｒ０１を１０鴫以
上食有する。正方晶系Ｚｒ０Ｂの含有量は、！Ｏ鳴以上
であることが好ましく、更には８０〜７０鳴の範■にあ
ることがより好ましいが、この範囲を越えてもｌ！用上
差支えない、正方晶系Ｚｒ０１の含有量が１０％未満の
場合には、等軸晶系又は単斜晶系ＺｔＯｓが過剰となり
、上記（１）　Ｋ示した様な難点を生ずる。

尚、一般に正方晶と等軸晶との正確な分離は困難である
為、本発明におけ墨正方晶系Ｚｒ０１の含有量は、以下
の方法により測定した。ω、焼結体の表面を６００メツ
シユのダイヤモンド砥石で研削した後、１〜８　ｓｅａ
のダイヤモンド粒により鏡面に仕上げ、その表面のＸ線
回折による強度比（面積比）から単斜晶系Ｚｒ０１の含
有率を測定する。

伽）１次いで、上記試料を電１［Ｆ中”ｅｉｓｏｏ℃で
８００時間保持した後、徐冷し、更にその表面を１２０
メツシユのダイヤモンド砥石で研削した後、乳鉢で粉砕
して１０　＃、ａｌｌ以下の粒とし、上記（ａ）と同様
のＸ線回折法で単斜晶系Ｚｒ０１の含有量を測定する。

　（Ｃ）、次いで、上記１０Ｊ＋ｍ以下の粒を電気炉中
５００℃で１０＠０時間保持した後、徐冷し、乳鉢でＩ
！　ａｍ以下に粉砕し、上記−）と同様のＸ線回折法で
単斜晶系Ｚｒ０Ｂの含有量を測定する。ω）。

次いで、（ト）及び（ｃ）で得られた単斜晶系ＺｒＯ２
含有量のうちの大きい方の値から（亀）の値を差し引き
、得られた値をもって正方晶系Ｚｒ０１の含有量とする
。これは、う）及び（Ｃ）の処理によって増加した単斜
晶系ＺｒＯ＠が、処理前の焼結体に含まれていた正方晶
系ＺｒＯ＠の大部分が＠移して生成したものであるとの
推定に基くものである。

（■）焼結体をＩＩＩｖ、するＺｒ０Ｂ系結晶の平均粒
径は、４　ｓｍ以下とする。結晶の平均粒径が４４ｍを
超えると、焼結談の冷却過程において正方晶から単斜晶
に転移する駆動力が大きくなって単斜晶系Ｚｒ０１の量
が多くなり、それに応じて正方晶系ＺｒＯ＠の量が減少
するとともに、正方晶の安定性が低下して、わずかな衝
撃によっても正方晶から単斜晶に転移し、摩擦、衝撃、
圧壊等に対する抵抗力が低下するので、粉砕機用部材と
して使用し難い、同一組成の材料に詔いては、結晶粒径
が小なる程強度は大となるという噌ラミックにおける一
般原理を更に考え併せると、Ｚｒ０１結晶の平均粒径は
、８μｍ以下であることがより好ましい。

（ロ）焼結体のかさ密度は、５．８Ｆ／■畠以上とする
。

かさ密度が６．８　Ｆｃｍ”未満の場合には、摩擦、衝
撃等の外部応力に対する焼結体の破壊エネルギーが小さ
くなり、且つ正方晶系Ｚｒ０１の安定性を低下させる傾
向が犬舎くなる。焼結体のかさ密度は、５、９　Ｖｃ−
以上とすることがより好ましい。

内張材、メディア等として使用される本発明粉砕機用部
材は、通常法の様にして製造される。

Ｚｒ０Ｂ中にＹｌｏｓとしてＬＯ−４，Ｓ４ル喚含まれ
墨様な割合に、　Ｚｒ化合物溶嫂とＹ化合物溶鍛とを均
一に流会し、脱水及び軌燥した後、４６０〜１１１００
℃て焙焼して平均粒径０．５１ｍ以下のＺｒ０１−次結
晶粉体を得る。次いで、該−次結晶粉体を湿式粉砕−よ
り分数させた後、ワックスエ□マルジ璽ン、ＰＶＡ、Ｃ
ＭＣ都の成形助剤を加え、メカニカルプレス、アイソス
タティックプレス、鋳込み！！彫、押出し成形、射出成
形、造粒成形等の公知の廃業製品の成形法により、所定
の形状に成形し、必要ならば加工する。ｒＩＬ形体の密
度は、２．ＯＩ’ｃｍｌ薯度以上、より好寥しくけ、１
５Ｆ／ニ一程度以上とする。ｒｔＬ形体の焼成は、１８
５０−１８００℃程度、より好ましくは１４００〜１７
６０℃程度で常圧又は加圧下に行ない、かき密度５．８
ＦＡ−以上の焼結体とする。焼結体がメディアである場
合には、必要に応じその表面を平滑に仕上げる。内張材
の場合化は、被砕物が接触すべ金粉砕機の内面番こ接着
剤により貼り合せるか又は嵌め合わせる。

本発明の粉砕機用部材は、前記（１）〜（ｔＶ）の要件
を充足する場合には、通常Ｚｒ含有鉱石中に随伴されて
おり、特に規定しない限りＺｒ０１の一部として取り扱
われるＭｇＯ雪を含有していても良く、更に製造工程中
に焼結助剤その他の形態で添加又は混入されることがあ
る各種の成分（ＡＩ！ｓ　Ｏｓ　５５１０ｍ　、　Ｔｉ
ｅｓ　、　Ｆ＠ｉｌｓ　＊　ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｎａ５Ｏ
等）を夫々最高１喚程度まで含有していても良い。

本発明の焼結体からなる粉砕機の内張材、メディア等の
部材が、耐摩耗性、耐衝撃圧壊力等に優れている理由は
詳らかではないが、一応次の様なものと推定される。

イ）焼結体自体の機械的強炭が大きい。

ロ）正方晶系Ｚｒ０１が均一に分散されている為、破壊
靭性が高い。

ハ）硬度が比較的低く（Ｈａム８９−９１程度）、弾性
率も低いので、互に接触する相手部材（例えば、内張材
に対するメディア、メディアとメディア等）をあまり傷
付けず、摩耗させない。

工）比重が大会いので、メディアとして使用する場合、
高運動エネルギーにより高い粉砕能力を発揮する。

ホ）化学的安定性に優れているので、粉体及び溶剤と接
触した状勝て応力が加わっても腐蝕、疲労は少ない。

爽施例１ 下記第１表に示す割合でＹ！０３を含む一次結晶の平均
粒径０．０１　ｓｔｓ以下のジルコニア粉体を湿式にて
分散粉砕した後、成形助剤としてワックスエマルジ■ン
３重量鴫を加え、アイソスタティックプレス法により１
　ｔｏｎ／ｃｍｌの圧力で成形する。

成形体を第１表に示す条件て焼結させて得た直径１５ｍ
ｍ５のメディアの物性は、第１表に示す通りである。試
料−１〜４は、前記（１）〜Ｏｆ／）の条件を全て満足
する本発明品であり、試料Ｓ〜８は、これら条件の少な
くとも１つを充たしていない比較品である。尚、試料販
６のみは、平均粒径０．８ｊ＋ｍの一次結晶粒子を使用
してい墨。

得られた番メディア６２（ｌを容量４００　ｍＪＦのア
ルミナ製ボールミルに入れ、水１６０　ｍｌを加えて、
１ＧＯｒｐｍで空ずり試験を行なう、４１１時間遍転後
転後ディアを取り出し、洗浄及び乾燥した後、重量を測
定し、その損耗減量から横耗率を算出した結果は、第３
麦の遥りである。

第　　雪　　麦 上記第２麦の結果から明らかな如く、本発明メディアの
優れた耐摩耗性が明らかである。

又、試ＮＮｈ８から発住した摩耗粉の粒径は、０、１　
ｐｍ以下に過ぎなかった。

比較例１〜ｇ ｅ　１　％　Ａｕｔｏｓからなるかさ密度８．６　ＰＣ
Ｉ！ｌ”、直径１５ｍｍの市販メディアを実施例１と同
様の空ずり試験に供したところ、その損耗率は０．８６
％であった。

又、市販９９．６％ＡＺｓｏｎからなるかさ密度８、１
１　ｌ　ｌ’ｃａｉ”、直径ｌ暴ｍｍのメディアを使用
　して、上記と同様の空ずり試験を行なったところ、七
〇横耗率は、１．２％にも達した。

尚、これ等のＡｊｓｏｓ製メディアから発生する摩耗粉
の粉掻は、Ｏ１ｉ〜０．７　ｓｍであった。

実施例！ 焼結体のＩ径を！！Ｏｗｍとする以外は、実施例１の試
料−８と同様にしてメディアを得る。

得られたメディア３即を容量Ｓ！ｌのアル電す製ポール
之ルに入れ、けい石（４０〜８０メツシユ）１時と水ｔ
　ｏ　ａ　ｍ／とを加えて、９５　ｒｐｓｎで２４時時
間式粉砕を行なう。

粉砕されたけい石の粒径８μｍ以下の粒子の重量は、４
５喚にも達する。

比較例８ ９１　％　ＡｊｌＯａからなるか婁密度８．８　ｆ／ｃ
ｍζ直径１０ｍｍの市販メディアを使用する以外は、実
施例２と同様にしてけい石の粉砕を行なう。

粉砕されたけい石の粒径Ｓ声論以下の粒子の重量は、２
７鴨に過ぎなかった。

比較例４ Ｙｌｏ、の含有量を１．９モル鳴とする以外は、実施鋼
重と同様にしてメディアを得る。

焼成完了時にすでにメディア表面に多数のクラックが発
生しており、ξれをけい石の湿式粉砕に使用したところ
、脱落した多数のジルコニア質破片がけい石粉に混入し
ていた。

実施例８ 実施ｌｌ１１の販２と同様の一次結晶粉体を使用して成
形原料を調製し、アイテスタティックプレス法により１
　ｔｏｎ／ｃ−の圧力で成形を行なって、外径１１０ｍ
ｍ、内ｌ！９１ｍｍの乳鉢及びこれに見合う乳棒を製造
する。乳鉢及び乳棒の被砕物が接するＷ緯ＧＣ砥石？研
摩して初＜ｍ　ｔｔ形体の焼成時間及び温度、並びに焼
成後の結晶粒径、かさ密度及び正方晶含有量は、第１表
の試ｔｌＨｎ２のそれ等と同様である。

上記て得られた乳鉢及び乳棒を用いて、１００〜１６０
メツシユの電融アル電す（５ｉ０１含有量０．０１１％
）１（１Ｆを手で攬漬さぜ、指頭に粒子を感じない程度
型で粉砕する。。

化学分析により被砕物中のＺｒＯ＠含有量を定量したと
ζろ、ｏ、ｏｉ喚以下であった。

比較例６ 市販のめのう製乳鉢及び乳棒（寸法はいずれも実施例８
のものと同じ）を用いて実施例８と同様の粉砕操作を行
なったとζろ、被砕物中にはめのうの主成分たる！１ｌ
（ＯｆｉがＯ，ＯＳ噛含まれていた。

実施例４ 実施例１のｈｔと同様の一次結晶粉体を使用して成形原
料を調製し、回転式造粒機により直径６ｍｍの球に成形
した後、１６０Ｇ’０て２時間焼成して、メディアとす
る。得られたメディアの結晶粒径は０８μｍ、かぎ密度
６．０１　ＶＣｍ１％正方晶含有量は５ｇ鴨である。

該メディア６１ｆを容量４．９１！のアトライタ（三井
三池製作所製）にチャージし、更に水１．８／及びけい
酸１．８弯を投入して、アジテータの回転数Ｓ！　ＯＯ
ｒｐｍで４時間粉砕を行なう。

この場合メディアの損耗率は、０．０１％／ｈｒであり
、被砕物の平均粒径は、１．５！ｍであった。

又、被砕物中には、スチール製タンクからの鉄分混入は
認められなかった。

比較例６　　　　　　　　・ 直径＠ｍｍの市販ムライト製メディアを使用する以外は
、実施例４と同様にしてけい砂の粉砕を行なう。

メディアの損耗率は９．６８％／ｈｒであり、被砕物の
平均粒径は、２．８ｐｍであった。

比較例７ ｍ１１６ｍｍの市販アルミナ製メディア（Ａ／ｌｏｇ純
度９２％）を使用する以外は、実施例４と同様にしてけ
い砂の粉砕を行なう。

メディアの損耗率は、０．１１％／ｈｒであり、被砕物
の平均粒径は１．８＃ｍであった。又、被砕物中には、
スチール製タンクからの鉄分混入が肉眼で認められた。

実施例６ 実施例１のＮａｇと同様のジルコニア−次結晶粉体を使
用して、外径１５．６ｍｍ、長さ４５ｍｍ。

内周部肉厚４１１１１１１　％先端部厚さ１０ｍｍの一
端を封じた管状の内張材を製造する。得られた管状体を
実施例４と同様のアトライタのアジテータアーム部には
めζみ、エポ◆シ樹脂で固定し、実施例４と同様にして
けい砂の粉砕を行なう。

延べ１００時間使用後に珈いても、ジルコニア製アーム
内張材の表面は滑らかで光沢を有しており、ノギスによ
る外Ｉ！測測定は寸法変化は諷められなかった。

比較例８ 書雪噛ムｊ怠Ｏ１を使用する以外は、実施例６と同機に
して管状の内張材を製造し、比較例７と同様にしてけい
砂の粉砕を行なう。

延べ１００時間の使用後には、円周部において（Ｌ６鵬
ｌの肉厚減少が認められた。

実施例６ ブレード状スイングハンマーを有する中心軸を円筒体内
で高速回転させ、被砕物をその円筒体上方から供給し、
ハンマーによ墨衡撃と遠心力とくより粉砕し、円筒体下
方に配置したスクリーンから粉砕物を排出する型式のハ
ンマー電ルに詣いて、１ｉ！枚のハンマー先端部の外面
に厚さ８ｍｍ、　中４５ｍｍ、長さ１１１ｍｍのジルコ
ニア質焼結内張材を夫々エポキシ樹脂で接会し、８００
０ｒｐｍてガラス粉を粉砕する。傭舘体は、実施例１の
胤ｌと同様のジルコニア−次結晶粉体壷使用して、メカ
ニカルプレス法によりＩ　Ｉｓ／ｃｍ、の圧力で成形し
、所定の潜伏に加工後、１＠＠Ｏ℃て２時間焼成したも
のであり、第１表の試料−１と同様の各種物性を有して
いる。

延べＳＯ・時間の使用後にも、本発明内張材の損耗は極
めて少なく、更に長期の使用が可能であると推定害れる
。

比較例９ ９ｇ鳴ムｊｍｏｓを使用する以外は、実施例６と同様に
して内張材を製造し、ハンマー電ルのハンマーに接合す
る。

延べ８００時間の使用後には、損耗が著るしく、従って
破損、重力中心のずれによる振動発生の危険が大会い為
、それ以上の使用は不可能と判断された。

（以　上）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Φ　ＹｌＯｍを１・〜４．ｂ４ル喚會有するジルコニア
   質焼結体からなり、該焼結体の結晶相は正方晶系ジルコ
   ニアを１・喚以上含み、焼結体の平均艙晶赦ＩＩが４ｊ
   １ｍ以下で且っそのか書密度がＬ８Ｆ／：醜１以上であ
   ることを特徴とするジルコニア質焼結体からなる粉砕機
   用部材。